JP5862523B2 - 電極昇降装置 - Google Patents

Description

この発明は、アーク炉で使用される電極昇降装置に関するものである。

図３は、従来の電極昇降装置を示す構成図である。
図３において、１はアーク炉における炉用変圧器、２は電極、３は炉体、４は炉体３に入れられたスクラップである。アーク炉では、電極２とスクラップ４との間にアークを発生させることにより、アーク熱によってスクラップ４を溶解させている。

制御装置１６は、電極２の昇降を制御するための装置である。従来から、電極２（駆動装置５）に対する制御として、アーク電圧とアーク電流との比を一定に保つインピーダンス一定制御が行われている。例えば、特許文献１に記載された装置では、アーク電圧を系統電圧で補正した値（電圧）とアーク電流との比が一定になるように、電極の昇降制御を行っている。

特開平７−１６１４７３号公報

従来の電極昇降装置では、系統電圧が低下すると、アーク電圧も同時に低下するといった問題があった。補正後の電圧とアーク電流との比が一定になるように電極の昇降を制御する特許文献１に記載のものにおいても、同様の問題が発生する。

アーク電圧が低下すると、スクラップ４を溶解させるためのエネルギーが低下する。スクラップ４の溶解に掛かる時間が長くなり、操業効率が低下するといった問題があった。また、放熱時間が長くなるために廃熱量が増え、電力コストが増加するといった問題もあった。

この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、その目的は、系統電圧が低下した時のアーク電圧の低下を防止し、操業効率の向上と電力コストの削減とを図ることができる電極昇降装置を提供することである。

この発明に係る電極昇降装置は、炉体内の物体を溶解或いは溶融するため、物体との間にアークを発生させる電極と、電極を駆動する駆動装置と、駆動装置を制御する制御装置と、を備え、制御装置は、電極に供給されるアーク電流が設定値になり且つ電極に供給されるアーク電流とアーク電圧との比が一定になるように、駆動装置に対する制御信号を出力する制御回路と、系統電圧が所定値より低い場合に、制御回路から出力された制御信号を補正し、制御回路から出力された制御信号がそのまま駆動装置に入力される場合よりも電極を高い位置に配置させる補正回路と、を備えたものである。

この発明に係る電極昇降装置であれば、系統電圧が低下した時のアーク電圧の低下を防止することができ、操業効率の向上と電力コストの削減とを図ることができる。

この発明の実施の形態１における電極昇降装置を示す構成図である。 この発明の実施の形態１における電極昇降装置の機能を説明するための図である。 従来の電極昇降装置を示す構成図である。

添付の図面を参照して、本発明を詳細に説明する。各図では、同一又は相当する部分に、同一の符号を付している。重複する説明は、適宜簡略化或いは省略する。

実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１における電極昇降装置を示す構成図である。
図１において、１はアーク炉における炉用変圧器である。炉用変圧器１は、一次側に電源（図示せず）が接続され、二次側に、電極２が接続される。３は炉体、４は炉体３に入れられたスクラップである。電極２には、系統電圧を炉用変圧器１によって変圧した電圧が印加される。これにより、電極２は、スクラップ４との間にアークを発生させる。アークが発生することにより、スクラップ４に電流が流れる。スクラップ４は、電流が流れることによって発生したアーク熱により、溶解される。

本実施の形態では、炉体３にスクラップ４が入れられた場合について、具体的な説明を行う。炉体３に入れられる物体は、合金鉄や灰等、他の被溶解物・被溶融物であっても構わない。

電極２及びスクラップ４間にアークを発生させるためには、２本以上の電極２が必要になる。また、電極２とスクラップ４の上面（スクラップ面）との間に、ある一定の間隔を形成しなければならない。スクラップ面は、スクラップ４を溶解する度、及び、溶解中に、その高さが変化する。このため、電極２は、上下方向に移動可能な所定の機構によって支持される。電極２の駆動は、駆動装置５によって行われる。制御装置６は、駆動装置５を制御し、電極２を昇降させる。

７は炉用変圧器１に内蔵された変流器である。変流器７は、炉用変圧器１の二次側の電流、即ち、電極２に供給されるアーク電流を検出する。変流器７によって検出されたアーク電流（アーク電流の実測値Ｉ）は、制御装置６に入力される。

８は炉用変圧器１の二次側に設けられた補助変圧器である。補助変圧器８は、炉用変圧器１の二次側の電圧、即ち、電極２に供給されるアーク電圧を検出する。補助変圧器８によって検出されたアーク電圧（アーク電圧の実測値Ｖ１）は、制御装置６に入力される。

９は炉用変圧器１の一次側に設けられた電圧検出器である。電圧検出器９は、炉用変圧器１の一次側の電圧、即ち系統電圧を検出する。電圧検出器９によって検出された系統電圧（系統電圧の実測値Ｖ２）は、制御装置６に入力される。

制御装置６は、アーク電流設定回路１０、制御回路１１、電圧設定回路１２、判定回路１３、補正信号出力回路１４、信号補正回路１５を備える。

アーク電流設定回路１０及び制御回路１１は、インピーダンス一定制御を行うための回路である。
アーク電流設定回路１０は、アーク電流の設定値（目標値）を出力するための回路である。アーク電流設定回路１０は、制御回路１１に対し、アーク電流の設定値を出力する。

制御回路１１は、駆動装置５を制御するための信号（制御信号）を出力する。例えば、制御回路１１は、アーク電流の実測値Ｉが、アーク電流設定回路１０によって設定された設定値となるように、制御信号を出力する。また、制御回路１１は、アーク電圧の実測値Ｖ１とアーク電流の実測値Ｉとが所定の比率を保つように、制御信号を出力する。即ち、制御回路１１は、インピーダンスＺ＝Ｖ１／Ｉが一定となるように、駆動装置５に対する制御信号を生成し、出力する。

制御回路１１によるインピーダンス一定制御が行われることにより、電極２が昇降され、電極２とスクラップ面との距離が適切に保たれる。このため、電極２とスクラップ４との間のアークが切れることはない。一方、インピーダンス一定制御を行うだけでは、系統電圧が低下した時に、アーク電圧が低下してしまう場合がある。制御装置６には、このような現象を防止するための機能が備えられている。

電圧設定回路１２、判定回路１３、補正信号出力回路１４、信号補正回路１５は、制御回路１１から出力された制御信号を、要時に、補正するための回路（補正回路）を構成する。補正回路は、系統電圧が低下した時に、制御回路１１から出力された制御信号を補正する。即ち、系統電圧が所定値より低くなると、補正回路によって補正された制御信号が、駆動装置５に入力される。補正回路によって補正された制御信号が駆動装置５に入力されると、制御回路１１からの制御信号がそのまま駆動装置５に入力された場合よりも、電極２が高い位置に配置される。これにより、電極２とスクラップ面との距離を確保し、アーク電圧が低下することを防止する。

具体的に、電圧設定回路１２は、電圧設定値Ｖｓを出力するための回路である。電圧設定値Ｖｓは、上記補正を開始するための値、即ち、補正開始のトリガーとなる値である。電圧設定回路１２は、判定回路１３に対して、電圧設定値Ｖｓを出力する。

判定回路１３は、電圧検出器９によって検出された系統電圧（系統電圧の実測値Ｖ２）が、電圧設定回路１２によって設定された値（系統電圧の電圧設定値Ｖｓ）より低いか否かを判定する。判定回路１３は、例えば、定期的に電圧サンプリングを行うことにより、次式に基づいて上記判定を行う。
１−Ｖ２／Ｖｓ＞０ ・・・（１）

（１）式が成立しない場合、即ち、系統電圧の実測値Ｖ２が電圧設定回路１２による電圧設定値Ｖｓより高い場合、補正回路は、制御回路１１から出力された制御信号を補正しない。制御回路１１から出力された制御信号は、そのまま駆動装置５に入力される。

（１）式が成立する場合、即ち、系統電圧の実測値Ｖ２が電圧設定回路１２による電圧設定値Ｖｓより低い場合、補正信号出力回路１４は、所定の補正信号を信号補正回路１５に出力する。信号補正回路１５は、補正信号出力回路１４から補正信号が入力されると、入力された補正信号に基づいて、制御回路１１から出力された制御信号を補正する。

例えば、補正信号出力回路１４は、系統電圧の実測値Ｖ２が電圧設定値Ｖｓより低い場合に、α（１−Ｖ２／Ｖｓ）からなる補正信号を出力する。信号補正回路１５は、上記補正信号を受信すると、制御回路１１から出力された制御信号に、受信したα（１−Ｖ２／Ｖｓ）を加算する。そして、信号補正回路１５は、上記加算（補正）後の制御信号を駆動装置５に出力する。αは、安定係数である。補正信号として（１−Ｖ２／Ｖｓ）をそのまま出力すると、電極２の動作が不安定になる恐れがある。本実施の形態では、電極２の動作を安定化させるため、（１−Ｖ２／Ｖｓ）にαを乗じた値を、補正信号として使用している。

上記構成を有する電極昇降装置であれば、系統電圧が低下した場合であっても、アーク電圧の低下を防止することができる。このため、操業効率の向上と電力コストの削減とを図ることができる。インピーダンス一定制御を行う既存の設備が存在する場合は、その既存の設備に補正回路を追加することにより、上記効果を奏することができる。

図２はこの発明の実施の形態１における電極昇降装置の機能を説明するための図である。図２に示すように、操業中の時刻ｔ１に系統電圧が低下すると、系統電圧の低下に伴い、アーク電圧が低下する。

判定回路１３は、定期的に、系統電圧の実測値Ｖ２と系統電圧の電圧設定値Ｖｓとの比較を行っている。このため、実測値Ｖ２が電圧設定値Ｖｓより低くなると、瞬時に、その旨が判定回路１３によって検出される。系統電圧の低下が判定回路１３によって検出されると、補正信号出力回路１４から補正信号が出力される。これにより、時刻ｔ１から極短い時間が経過した時刻ｔ２において、制御回路１１からの制御信号に対する補正が開始される。

時刻ｔ２以降、信号補正回路１５によって補正された制御信号が、駆動装置５に入力される。このため、時刻ｔ２からアーク電圧が上昇し始める。アーク電圧は、その後、ある一定の値に保持される。系統電圧が低下した状態であっても、アーク電圧（投入電力）を高い値に保持することができるようになる。

１ 炉用変圧器
２ 電極
３ 炉体
４ スクラップ
５ 駆動装置
６、１６ 制御装置
７ 変流器
８ 補助変圧器
９ 電圧検出器
１０、１７ アーク電流設定回路
１１、１８ 制御回路
１２ 電圧設定回路
１３ 判定回路
１４ 補正信号出力回路
１５ 信号補正回路

Claims (3)

1. 炉体内の物体を溶解或いは溶融するため、前記物体との間にアークを発生させる電極と、
   前記電極を駆動する駆動装置と、
   前記駆動装置を制御する制御装置と、
   を備え、
   前記制御装置は、
   前記電極に供給されるアーク電流が設定値になり且つ前記電極に供給されるアーク電流とアーク電圧との比が一定になるように、前記駆動装置に対する制御信号を出力する制御回路と、
   系統電圧が所定値より低い場合に、前記制御回路から出力された制御信号を補正し、前記制御回路から出力された制御信号がそのまま前記駆動装置に入力される場合よりも前記電極を高い位置に配置させる補正回路と、
   を備えた電極昇降装置。
2. 前記補正回路は、
   系統電圧が所定値より低いか否かを判定する判定回路と、
   系統電圧が所定値より低いと前記判定回路によって判定された場合に、所定の補正信号を出力する補正信号出力回路と、
   前記補正信号出力回路から出力された補正信号に基づいて、前記制御回路から出力された制御信号を補正する信号補正回路と、
   を備えた請求項１に記載の電極昇降装置。
3. 前記電極が二次側に接続された炉用変圧器と、
   前記炉用変圧器の二次側の電流を、アーク電流として検出する変流器と、
   前記炉用変圧器の二次側の電圧を、アーク電圧として検出する補助変圧器と、
   前記炉用変圧器の一次側の電圧を、系統電圧として検出する電圧検出器と、
   を備えた請求項１又は請求項２に記載の電極昇降装置。

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